Dregið úr opinberum bókmenntum: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. KYNNING
Fourier umbreyta innrauða (FTIR) er ein af mikilvægum greiningaraðferðum fyrir vísindamenn. Þessi tegund greiningar er hægt að nota til að einkenna sýni í formi vökva, lausna, pasta, dufts, kvikmynda, trefjar og lofttegunda. Þessi greining er einnig möguleg til að greina efni á yfirborði undirlagsins. Í samanburði við aðrar tegundir einkennisgreiningar er FTIR nokkuð vinsæll. Þessi einkennisgreining er nokkuð hröð, góð í nákvæmni og tiltölulega viðkvæm.
Í FTIR greiningaraðferðinni eru sýni undir snertingu við innrauða (IR) geislun. IR-geislun hefur síðan áhrif á atómtitring sameindar í sýninu og leiðir til sérstakrar frásogs og/eða orkuflutnings. Þetta gerir FTIR gagnlegt til að ákvarða sértækan sameindatritring sem er í sýninu.
Greint hefur verið frá mörgum aðferðum til að útskýra í smáatriðum varðandi FTIR greininguna. Flest erindi greindu þó ekki ítarlega frá því hvernig hægt væri að lesa og túlka niðurstöður FTIR. Reyndar er leiðin til að skilja í smáatriðum fyrir byrjendur vísindamenn og nemendur óhjákvæmileg.
Í þessari skýrslu átti að ræða og útskýra hvernig lesa má og túlka FTIR gögn í lífræna efninu. Greiningin var síðan borin saman við bókmenntirnar. Kynnt var skref fyrir skref aðferðin um hvernig lesa má FTIR gögnin, m.a. með því að fara yfir einföld til hinna flóknu lífrænu efna.
2. NÚVERANDI ÞEKKING TIL AÐ SKILJA FTIR LITRÓF
2.1. Litróf í niðurstöðu FTIR greiningarinnar.
Meginhugmyndin sem fengist hefur af FTIR greiningunni er að skilja hver merking FTIR litrófsins er (sjá dæmi FTIR litrófsins á mynd 1). Litrófið getur leitt af sér “frásog á móti bylgjutölu” eða “sending á móti bylgjutölu” gögn. Í þessari ritgerð ræðum við aðeins “frásog”
á móti bylgjutölu” ferlum.
Í stuttu máli er IR litrófinu skipt í þrjú bylgjufjöldasvæði: Far-IR litróf (<400 cm -1), miðjan IR litróf (400-4000 cm-1) og nær-IR litróf (4000-13000 cm-1). Mið-IR litrófið er mest notað í sýnisgreiningunni, en langt- og nær-IR litróf stuðla einnig að því að veita upplýsingar um sýnin sem greind eru. Þessi rannsókn beindist að greiningu á FTIR í miðju IR litrófinu.
Mið-IR litrófinu er skipt í fjögur svæði:
i) einstaka skuldabréfasvæðið (2500-4000 cm-1),
ii) þrefalda bindissvæðið (2000-2500 cm-1),
iii) tvöfalda bindissvæðið (1500-2000 cm-
1), og (iv) fingrafarasvæðið (600-1500 cm-1).
Skýringarmyndin IR litróf er aðgengileg á mynd 1 og sértæk tíðni hvers virknihópa er aðgengileg í töflu 1.
Mynd 1. Mið-IR litrófssvæði
2.2. Skref fyrir skref greiningaraðferð.
Það eru fimm skref til að túlka FTIR:
Skref 1: Auðkenning á fjölda frásogsbanda í öllu IR litrófinu. Ef sýnið hefur einfalt litróf (hefur minna en 5 frásogssveitir eru efnasamböndin sem greind eru einföld lífræn efnasambönd, smámassa mólþyngd eða ólífræn efnasambönd (svo sem einföld sölt). En ef FTIR litrófið hefur meira en 5 frásogssvið getur sýnið verið flókin sameind.
Skref 2: Að bera kennsl á eitt skuldabréfasvæði (2500-4000 cm-1). Það eru nokkrir tindar á þessu svæði:
(1) Breitt frásogband á bilinu 3650 og 3250 cm-1, sem gefur til kynna vetnistengsl. Þetta band staðfestir tilvist hýdrat (H2O), hýdroxýl (-OH), ammoníum eða amínó. Að því er varðar hýdroxýl efnasamband skal því fylgt eftir með tilvist litrófa við tíðni sem
1600—1300, 1200—1000 og 800—600 cm-1. Hins vegar, ef það er mikil styrkleiki frásog á frásog svæðum 3670 og 3550 cm-1, gerir það efnasambandið kleift að innihalda súrefnistengdan hóp, svo sem alkóhól eða fenól (sýnir fjarveru vetnisbindingar).
(2) Þröngt band við yfir 3000 cm-1, sem gefur til kynna ómettuð efnasambönd eða arómatísk hringi. Til dæmis, tilvist frásogs í
bylgjutala milli 3010 og 3040 cm-1 staðfestir tilvist einfaldra ómettaðra ólefínsambanda.
(3) Þröngt band undir 3000 cm-1, sem sýnir alifatísk efnasambönd. Til dæmis er frásogshljómsveit fyrir langkeðjulínuleg alifatísk efnasambönd
greind á 2935 og 2860 cm-1. Bandið verður fylgt eftir með tindum á milli 1470 og 720 cm-1.
(4) Sérstakur hámark fyrir aldehýð á bilinu 2700 og 2800 cm-1.
Skref 3: Að bera kennsl á þrefalda bindissvæðið (2000-2500 cm-1) Til dæmis, ef það er hámark við 2200 cm-1, ætti það að vera frásogssvið C⁄C. hámarki er venjulega fylgt eftir með tilvist viðbótarlitrófa á tíðnum 1600—1300, 1200—1000 og 800—600 cm-1.
Skref 4: Að bera kennsl á tvöfalda bindissvæðið (1500-2000 cm-1) Tvöfalt bundið getur verið sem karbónýl (C = C), imino (C = N) og asó (N = N) hópar.
(1) 1850 - 1650 cm-1 fyrir karbónýl efnasambönd
(2) Fyrir ofan 1775 cm-1, upplýsa virka karbónýlhópa eins og anhýdríð, halógensýrur eða halógenað karbónýl eða hringkarbónýl kolefni, svo sem laktón, eða lífrænt karbónat.
(3) Á bilinu 1750 og 1700 cm-1, sem lýsir einföldum karbónýl efnasamböndum eins og ketónum, aldehýðum, esterum eða karboxýl.
(4) Fyrir neðan 1700 cm-1, svarandi amíð eða karboxýlöt starfrænn hópur.
(5) Ef samtenging er við annan karbónýlhóp minnkar hámarksstyrk fyrir tvítengi eða arómatískt efnasamband.
Þess vegna getur nærvera samtengdra hagnýtra hópa eins og aldehýða, ketóna, estera og karboxýlsýra dregið úr tíðni karbónýlfrásogs.
(6) 1670 - 1620 cm-1fyrir ómettun tengi (double og triple bond) .Sérstaklega er hámarkið við 1650 cm-1fyrir tvöfalt tengi kolefni eða olefinic
efnasambönd (C = C). Dæmigerð samtengingar með öðrum tvöföldum tengivirkjum eins og C = C, C = O eða arómatískum hringjum mun draga úr styrkleikatíðni með miklum eða sterkum frásogssviðum. Við greiningu á ómettuðum skuldabréfum er einnig nauðsynlegt að athuga frásog undir 3000 cm-1. Ef frásogsbandið er auðkennt við 3085 og 3025 cm-1 er það ætlað fyrir C-H. Venjulega hefur C-H frásog yfir 3000 cm-1.
(7) Sterkur styrkleiki á milli 1650 og 1600 cm-1, upplýsir tvítengi eða arómatísk efnasambönd.
(8) Milli 1615 og 1495 cm-1, svöruðu arómatískir hringir. Þeir birtust sem tvö sett af frásogshljómsveitum í kringum 1600 og 1500 cm-1.Þessir arómatískir hringir venjulega fylgt eftir með tilvist veikburða til í meðallagi frásog á svæðinu milli 3150 og 3000 cm-1 (fyrir C-H teygja) .Fyrir einföldu arómatísku efnasamböndin má einnig sjá nokkrar hljómsveitir milli 2000 og 1700 cm-1í formi margra hljómsveita með veikburða styrkleika. Það er einnig styðja arómatísk hringur frásog band (á 1600/1500 cm-1frásog tíðni), þ.e. C-H beygja titringur með styrkleika miðlungs frásog til sterka sem stundum hefur einn eða margar frásog hljómsveitir finnast á svæðinu milli 850 og 670 cm-1.
Skref 5: Að bera kennsl á fingrafarasvæðið (600-1500 cm-1)
Þetta svæði er venjulega sérstakt og einstakt. Sjá nánari upplýsingar í töflu 1. En nokkur auðkenni er að finna:
(1) Milli 1000 og 880 cm-1 fyrir frásog margra hljómsveita eru frásogshljómsveitir á 1650, 3010 og 3040 cm-1.
(2) Fyrir C-H (beygja utan flugvélar) ætti að sameina það með frásogböndum við 1650, 3010 og 3040 cm-1 sem sýna eiginleika
ómettun efnasambanda.
(3) Varðandi vínýltengt efnasamband, um 900 og 990 cm-1 til að bera kennsl á vínyl skautanna (-CH = CH 2), milli 965 og 960 cm-1 fyrir trans ósatrated vínyl (CH = CH), og um 890 cm-1 fyrir tvöföld olefinic tengsl í stöku vínyl (C = CH 2).
(4) Varðandi arómatískt efnasamband er eitt og sterkt frásogband í kringum 750 cm-1 fyrir orto og 830 cm- 1 fyrir sbr.
Dregið úr opinberum bókmenntum: DOI- http://dx.doi.org/10.17509/ijost.v4i1.15806
1. KYNNING
Fourier umbreyta innrauða (FTIR) er ein af mikilvægum greiningaraðferðum fyrir vísindamenn. Þessi tegund greiningar er hægt að nota til að einkenna sýni í formi vökva, lausna, pasta, dufts, kvikmynda, trefjar og lofttegunda. Þessi greining er einnig möguleg til að greina efni á yfirborði undirlagsins. Í samanburði við aðrar tegundir einkennisgreiningar er FTIR nokkuð vinsæll. Þessi einkennisgreining er nokkuð hröð, góð í nákvæmni og tiltölulega viðkvæm.
Í FTIR greiningaraðferðinni eru sýni undir snertingu við innrauða (IR) geislun. IR-geislun hefur síðan áhrif á atómtitring sameindar í sýninu og leiðir til sérstakrar frásogs og/eða orkuflutnings. Þetta gerir FTIR gagnlegt til að ákvarða sértækan sameindatritring sem er í sýninu.
Greint hefur verið frá mörgum aðferðum til að útskýra í smáatriðum varðandi FTIR greininguna. Flest erindi greindu þó ekki ítarlega frá því hvernig hægt væri að lesa og túlka niðurstöður FTIR. Reyndar er leiðin til að skilja í smáatriðum fyrir byrjendur vísindamenn og nemendur óhjákvæmileg.
Í þessari skýrslu átti að ræða og útskýra hvernig lesa má og túlka FTIR gögn í lífræna efninu. Greiningin var síðan borin saman við bókmenntirnar. Kynnt var skref fyrir skref aðferðin um hvernig lesa má FTIR gögnin, m.a. með því að fara yfir einföld til hinna flóknu lífrænu efna.
2. NÚVERANDI ÞEKKING TIL AÐ SKILJA FTIR LITRÓF
2.1. Litróf í niðurstöðu FTIR greiningarinnar.
Meginhugmyndin sem fengist hefur af FTIR greiningunni er að skilja hver merking FTIR litrófsins er (sjá dæmi FTIR litrófsins á mynd 1). Litrófið getur leitt af sér “frásog á móti bylgjutölu” eða “sending á móti bylgjutölu” gögn. Í þessari ritgerð ræðum við aðeins “frásog” á móti bylgjutölu” ferlum.
Í stuttu máli er IR litrófinu skipt í þrjú bylgjufjöldasvæði: Far-IR litróf (<400 cm -1), miðjan IR litróf (400-4000 cm-1) og nær-IR litróf (4000-13000 cm-1). Mið-IR litrófið er mest notað í sýnisgreiningunni, en langt- og nær-IR litróf stuðla einnig að því að veita upplýsingar um sýnin sem greind eru. Þessi rannsókn beindist að greiningu á FTIR í miðju IR litrófinu.
Mið-IR litrófinu er skipt í fjögur svæði: i) einstaka skuldabréfasvæðið (2500-4000 cm-1), ii) þrefalda bindissvæðið (2000-2500 cm-1), iii) tvöfalda bindissvæðið (1500-2000 cm- 1), og (iv) fingrafarasvæðið (600-1500 cm-1). Skýringarmyndin IR litróf er aðgengileg á mynd 1 og sértæk tíðni hvers virknihópa er aðgengileg í töflu 1.
Mynd 1. Mið-IR litrófssvæði
2.2. Skref fyrir skref greiningaraðferð.
Það eru fimm skref til að túlka FTIR:
Skref 1: Auðkenning á fjölda frásogsbanda í öllu IR litrófinu. Ef sýnið hefur einfalt litróf (hefur minna en 5 frásogssveitir eru efnasamböndin sem greind eru einföld lífræn efnasambönd, smámassa mólþyngd eða ólífræn efnasambönd (svo sem einföld sölt). En ef FTIR litrófið hefur meira en 5 frásogssvið getur sýnið verið flókin sameind.
Skref 2: Að bera kennsl á eitt skuldabréfasvæði (2500-4000 cm-1). Það eru nokkrir tindar á þessu svæði:
(1) Breitt frásogband á bilinu 3650 og 3250 cm-1, sem gefur til kynna vetnistengsl. Þetta band staðfestir tilvist hýdrat (H2O), hýdroxýl (-OH), ammoníum eða amínó. Að því er varðar hýdroxýl efnasamband skal því fylgt eftir með tilvist litrófa við tíðni sem 1600—1300, 1200—1000 og 800—600 cm-1. Hins vegar, ef það er mikil styrkleiki frásog á frásog svæðum 3670 og 3550 cm-1, gerir það efnasambandið kleift að innihalda súrefnistengdan hóp, svo sem alkóhól eða fenól (sýnir fjarveru vetnisbindingar).
(2) Þröngt band við yfir 3000 cm-1, sem gefur til kynna ómettuð efnasambönd eða arómatísk hringi. Til dæmis, tilvist frásogs í bylgjutala milli 3010 og 3040 cm-1 staðfestir tilvist einfaldra ómettaðra ólefínsambanda.
(3) Þröngt band undir 3000 cm-1, sem sýnir alifatísk efnasambönd. Til dæmis er frásogshljómsveit fyrir langkeðjulínuleg alifatísk efnasambönd greind á 2935 og 2860 cm-1. Bandið verður fylgt eftir með tindum á milli 1470 og 720 cm-1.
(4) Sérstakur hámark fyrir aldehýð á bilinu 2700 og 2800 cm-1.
Skref 3: Að bera kennsl á þrefalda bindissvæðið (2000-2500 cm-1) Til dæmis, ef það er hámark við 2200 cm-1, ætti það að vera frásogssvið C⁄C. hámarki er venjulega fylgt eftir með tilvist viðbótarlitrófa á tíðnum 1600—1300, 1200—1000 og 800—600 cm-1.
Skref 4: Að bera kennsl á tvöfalda bindissvæðið (1500-2000 cm-1) Tvöfalt bundið getur verið sem karbónýl (C = C), imino (C = N) og asó (N = N) hópar.
(1) 1850 - 1650 cm-1 fyrir karbónýl efnasambönd
(2) Fyrir ofan 1775 cm-1, upplýsa virka karbónýlhópa eins og anhýdríð, halógensýrur eða halógenað karbónýl eða hringkarbónýl kolefni, svo sem laktón, eða lífrænt karbónat.
(3) Á bilinu 1750 og 1700 cm-1, sem lýsir einföldum karbónýl efnasamböndum eins og ketónum, aldehýðum, esterum eða karboxýl.
(4) Fyrir neðan 1700 cm-1, svarandi amíð eða karboxýlöt starfrænn hópur.
(5) Ef samtenging er við annan karbónýlhóp minnkar hámarksstyrk fyrir tvítengi eða arómatískt efnasamband. Þess vegna getur nærvera samtengdra hagnýtra hópa eins og aldehýða, ketóna, estera og karboxýlsýra dregið úr tíðni karbónýlfrásogs.
(6) 1670 - 1620 cm-1fyrir ómettun tengi (double og triple bond) .Sérstaklega er hámarkið við 1650 cm-1fyrir tvöfalt tengi kolefni eða olefinic efnasambönd (C = C). Dæmigerð samtengingar með öðrum tvöföldum tengivirkjum eins og C = C, C = O eða arómatískum hringjum mun draga úr styrkleikatíðni með miklum eða sterkum frásogssviðum. Við greiningu á ómettuðum skuldabréfum er einnig nauðsynlegt að athuga frásog undir 3000 cm-1. Ef frásogsbandið er auðkennt við 3085 og 3025 cm-1 er það ætlað fyrir C-H. Venjulega hefur C-H frásog yfir 3000 cm-1.
(7) Sterkur styrkleiki á milli 1650 og 1600 cm-1, upplýsir tvítengi eða arómatísk efnasambönd.
(8) Milli 1615 og 1495 cm-1, svöruðu arómatískir hringir. Þeir birtust sem tvö sett af frásogshljómsveitum í kringum 1600 og 1500 cm-1.Þessir arómatískir hringir venjulega fylgt eftir með tilvist veikburða til í meðallagi frásog á svæðinu milli 3150 og 3000 cm-1 (fyrir C-H teygja) .Fyrir einföldu arómatísku efnasamböndin má einnig sjá nokkrar hljómsveitir milli 2000 og 1700 cm-1í formi margra hljómsveita með veikburða styrkleika. Það er einnig styðja arómatísk hringur frásog band (á 1600/1500 cm-1frásog tíðni), þ.e. C-H beygja titringur með styrkleika miðlungs frásog til sterka sem stundum hefur einn eða margar frásog hljómsveitir finnast á svæðinu milli 850 og 670 cm-1.
Skref 5: Að bera kennsl á fingrafarasvæðið (600-1500 cm-1)
Þetta svæði er venjulega sérstakt og einstakt. Sjá nánari upplýsingar í töflu 1. En nokkur auðkenni er að finna:
(1) Milli 1000 og 880 cm-1 fyrir frásog margra hljómsveita eru frásogshljómsveitir á 1650, 3010 og 3040 cm-1.
(2) Fyrir C-H (beygja utan flugvélar) ætti að sameina það með frásogböndum við 1650, 3010 og 3040 cm-1 sem sýna eiginleika ómettun efnasambanda.
(3) Varðandi vínýltengt efnasamband, um 900 og 990 cm-1 til að bera kennsl á vínyl skautanna (-CH = CH 2), milli 965 og 960 cm-1 fyrir trans ósatrated vínyl (CH = CH), og um 890 cm-1 fyrir tvöföld olefinic tengsl í stöku vínyl (C = CH 2).
(4) Varðandi arómatískt efnasamband er eitt og sterkt frásogband í kringum 750 cm-1 fyrir orto og 830 cm- 1 fyrir sbr.
Tafla 1. Starfshópur og magnbundin tíðni hans.